论文部分内容阅读
超级电容器（SCs）,是一种新型的电化学储能器件,由于具有较高的功率密度、超长的循环稳定性能、安全、环保而备受关注。电极材料是超级电容器的核心部件,电极材料的性能决定了超级电容器的性能。近年来,聚（1,5-二氨基蒽醌）（PDAA）由于其具有1,4-苯醌基团和类似聚苯胺的骨架结构,使其在空间立体结构上,具有较大的共轭π键体系,因此其电活性较高,使得其具有良好的导电性、优异的循环稳定性及较大的电压窗口等诸多优点而逐渐被重视起来。本论文以PDAA为研究对象,采用较为简单的方法制备了一系列新型的PDAA基复合电极材料,取得的研究结果如下:（1）利用不同溶剂体系以高氯酸为引发剂,过硫酸铵（APS）为氧化剂,单体1,5-二氨基蒽醌（DAA）经化学氧化聚合得到PDAA。通过实验研究发现,在纯DMF体系中,PDAA的产率只有5%,而在乙腈存在的体系中,均得到了高产率（>40%）的PDAA;并且,在实验中,通过调整不同溶剂体系得到了不同形貌的PDAA纳米材料:纳米颗粒（PNPs）、纳米管（PNTs）和纳米带（PNRs）。这三种不同形貌的PDAA纳米材料中,采用乙腈/DMF混合体系（体积比1:1）制备的PNTs,具有最佳的电化学性能(在1 A g-1电流密度下,比电容为353 F g-1)。（2）采用膨胀石墨（EG）为原料制备膨胀氧化石墨烯（EGO）,以CaCl2为交联剂,然后将EGO和不同形貌PDAA共凝聚制备EGO/PDAA复合纤维,采用氢碘酸还原得到膨胀还原氧化石墨烯/PDAA（ErGO/PDAA）复合纤维超级电容器电极材料。对其拉伸强度进行了测试,通过SEM、FT-IR、Raman等表征手段对其进行了系统表征,同时,测试了ErGO/PDAA复合纤维的电化学性能。研究结果表明,制备的ErGO/PDAA纳米管（ErGO/PNTs）样品具有最佳的长度比电容值和超高的循环稳定性能,在扫速为100 mV s-1下,循环伏安法测试10000次后,比电容为初始比电容值的130%。（3）以HClO4为引发剂,APS为氧化剂,通过在氧化石墨烯（GO）表面化学氧化聚合DAA单体,制备了新型的PDAA/氧化石墨烯（PDAA/GO）复合材料,利用水合肼还原得到PDAA/还原氧化石墨烯（PDAA/rGO）复合电极材料。通过优化制备条件,最佳样品（PDAA/rGO S-2）具有较高的比电容(1 M硫酸电解液中,电流密度为1 A g-1下比电容值为617 F g-1)和优异的循环稳定性能(扫速在100 mV s-1下循环测试15000此后比电容达124%);然后,采用双氧水对氧化石墨烯片（GO）进行刻蚀致孔,得到多孔氧化石墨烯（HGO）,将上述的PDAA@GO复合纳米材料和HGO共混还原后,真空抽滤得到分层多孔PDAA@rGO/HrGO复合膜。在电流密度为0.5 A g-1下,质量比电容和面积比电容分别可达409 F g-1和644 mF cm-2,电流密度为5 A g-1下,循环测试10000次后,比电容为初始值的98%。将其组装成对称固体超级电容器（SSCs）,三个SSCs串联可以点亮一盏红色的LED灯。（4）以氧化碳布（OCC）为基体,通过酰胺化反应将DAA单体以共价键的方式嫁接在OCC的表面（OCC-DAA）,还原得到DAA修饰还原氧化碳布（ROCC-DAA）。研究结果表明,制备的ROCC-DAA具有优异的能量存储性能,在电流密度为1 mA cm-2下,面积比电容可达921 mF cm-2,同时具有优异的循环稳定性能,在1 M H2SO4电解液中循环测试20000次后,比电容仍保持初始值的116%。然后,在OCC表面经过原位化学氧化聚合DAA,进一步还原得到柔性高性能超级电容器电极材料:PDAA包覆还原氧化碳布柔性复合电极材料（ROCC@PDAA）,ROCC@PDAA与还原氧化碳布（ROCC）相比较,在PDAA低负载量（2.9%）的情况下,面积比电容能够提高50%以上,同时,柔性ROCC@PDAA复合电极材料具有优异的循环稳定性能,循环测试20000次后,比电容为初始值的159%。将最佳电极材料ROCC@PDAA-30组装成柔性对称电容器（SSCs）,SSCs在较大的电压窗口01.2 V下,电流密度1 mA cm-2下,面积比电容可达616 mF cm-2,电流密度10 mA cm-2下恒流充放电10000次,比电容仍保持初始电容的83.1%;该器件在不同弯曲角度下和180°弯曲250次,CV曲线基本保持不变,显示出优异的可弯曲性能;两组串联的SSCs器件能够点亮一盏红色的LED灯。